Fica
DTiNews
Nội vụ & Xã hộiThời gian phân hủy chất thải hạt nhân sẽ rút ngắn hàng nghìn lần
(Dân trí) - Chất thải hạt nhân mất hàng trăm nghìn năm để mất đi tính phóng xạ độc hại. Nghiên cứu mới đã tìm ra cách rút ngắn thời gian đó từ 100.000 năm xuống còn vài trăm năm.
Chất thải hạt nhân không giống rác thải hữu cơ, nó không bị phân hủy bởi vi sinh vật mà chỉ có thể suy giảm thông qua các phản ứng hạt nhân. Chất thải này bắt buộc phải được chôn sâu trong các kho lưu trữ đặc biệt để đảm bảo an toàn (Ảnh: Onurdongel/Getty Images).
Năng lượng hạt nhân không hoàn toàn “sạch” như nhiều người vẫn nghĩ, bởi các nhà máy điện hạt nhân vẫn tạo ra một lượng nhỏ chất thải phóng xạ cần được xử lý nghiêm ngặt. Thách thức lớn nhất nằm ở thời gian, khi nhiều vật liệu phóng xạ phải mất tới khoảng 100.000 năm mới giảm về mức độc tính tương đương quặng uranium tự nhiên.
Tuy nhiên, một nhóm nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Jefferson, thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, đang phát triển công nghệ máy gia tốc hạt nhằm rút ngắn quá trình này xuống còn khoảng 300 năm.
Trọng tâm của dự án là sử dụng hệ thống điều khiển bằng máy gia tốc (Accelerator-Driven Systems, ADS) để tạo chùm proton năng lượng cao bắn vào vật liệu mục tiêu, sinh ra neutron. Các neutron này tiếp tục “bắn phá” chất thải hạt nhân, chuyển các đồng vị sống lâu thành vật liệu có chu kỳ bán rã ngắn hơn, qua đó giảm mạnh thời gian lưu trữ an toàn.
Dự án mang tên NEWTON (Nuclear Energy Waste Transmutation Optimized Now) vừa được cấp tổng kinh phí 8,17 triệu USD. Mục tiêu dài hạn là đưa công nghệ vào xử lý toàn bộ kho nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng của Mỹ trong khoảng 30 năm tới.
Nếu thành công, đây có thể là bước ngoặt lớn trong bài toán chất thải hạt nhân, thậm chí mở đường cho khả năng rút thời gian tồn tại phóng xạ xuống chỉ còn vài chục năm trong tương lai.
Máy gia tốc hạt đẩy nhanh quá trình phân rã phóng xạ như thế nào?
Sử dụng máy gia tốc hạt sẽ đẩy nhanh quá trình phân rã vật liệu chất thải hạt nhân, giúp rút ngắn thời gian phóng xạ của chất thải này (ảnh: Jefferson Lab).
Để xử lý độc tính của chất thải phóng xạ, các nhà khoa học không thể đơn giản “hút” chất phóng xạ ra khỏi vật liệu rồi khiến nó biến mất. Mục tiêu thực sự của Dự án NEWTON là chuyển đổi các đồng vị phóng xạ nguy hiểm thành những đồng vị có chu kỳ bán rã ngắn hơn, từ đó giảm đáng kể thời gian cần lưu trữ an toàn. Chúng vẫn tiềm ẩn rủi ro, nhưng mức độ nguy hại trở nên dễ kiểm soát hơn.
Công nghệ cốt lõi của Phòng thí nghiệm Jefferson sử dụng máy gia tốc hạt bắn chùm proton năng lượng cao vào vật liệu mục tiêu như thủy ngân lỏng.
Quá trình này tạo ra neutron, sau đó các neutron tương tác với nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng để thúc đẩy quá trình chuyển hóa hạt nhân (transmutation), biến các đồng vị sống rất lâu thành dạng phân rã nhanh hơn. Một lợi ích đi kèm là phản ứng này có thể tạo thêm năng lượng điện để tận dụng trong tương lai.
Sau khi hoàn tất chuyển hóa, vật liệu còn lại có thể được lưu trữ an toàn trong khoảng 300 năm, thay vì hàng chục nghìn năm như hiện nay. Một phần vật liệu thậm chí có thể được tái chế cho các mục đích công nghiệp hoặc nghiên cứu phù hợp.
Khoản tài trợ 8,17 triệu USD từ Bộ Năng lượng Hoa Kỳ thực chất được chia cho hai hướng nghiên cứu nhằm nâng hiệu suất máy gia tốc, thay vì xây dựng thiết bị mới.
Hướng thứ nhất tập trung cải thiện các thành phần của máy gia tốc siêu dẫn SRF. Hiện nay, các khoang gia tốc dùng lớp phủ niobi, vốn hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ cực thấp nhưng đòi hỏi hệ thống làm lạnh rất tốn kém. Nhóm nghiên cứu đang thử nghiệm bổ sung thêm lớp thiếc bên trong bề mặt niobi, kỳ vọng giúp thiết bị vận hành hiệu quả hơn ở nhiệt độ cao hơn, qua đó giảm đáng kể chi phí làm lạnh.
Hướng còn lại nhằm tăng năng lượng cho các khoang gia tốc bằng nguồn phát vi sóng công suất cao. Các nhà khoa học cần tối ưu mức năng lượng và tần số cộng hưởng để đạt hiệu suất tốt nhất cho chùm hạt.
Nếu thành công, NEWTON không chỉ giúp bài toán chất thải phóng xạ trở nên khả thi hơn, mà còn có thể khiến điện hạt nhân tiến gần hơn tới mục tiêu năng lượng sạch và bền vững.
